HPC5: supercalcolo al servizio dell’energia

HPC5 è una batteria di unità di calcolo parallelo in grado di sviluppare una potenza di elaborazione pari a 51,7 Petaflop/s di picco. Associata al sistema di supercalcolo che era già operativo dal 2018 (HPC4), l’infrastruttura raggiunge una potenza di picco di 70 Petaflop/s: vale a dire 70 milioni di miliardi di operazioni matematiche svolte in un secondo. Il suo nome completo è High Performance Computing – layer 5: è l’ultima generazione dei supercomputer di Eni. Implementa algoritmi di elaborazione dati molto avanzati e li applica lungo tutta la catena del valore dell’energia. Anche questi software sono sviluppati internamente da Eni. Un importante ambito di utilizzo di HPC5 è l’esplorazione geofisica: lo studio del sottosuolo per individuare nuovi giacimenti di idrocarburi. Ma il supercomputer supporta anche la ricerca di nuove forme di energia, come il moto ondoso e la fusione a confinamento magnetico. Inaugurato il 6 febbraio 2020, nel giugno 2020 è entrato nella lista TOP500 classificandosi come il sesto supercomputer più potente al mondo e il primo in Europa. A novembre 2022 si conferma il supercomputer industriale più potente al mondo. Nel giugno 2020, inoltre, HPC5 è entrato nella lista speciale GREEN500 guadagnando la medesima posizione come sesto supercomputer al mondo per efficienza energetica, classificandosi come primo in Europa e di nuovo primo assoluto fra tutti i sistemi di calcolo industriali. Tutt’ora, HPC5 rimane uno dei più potenti supercomputer non governativi al mondo, mentre il Green Data Centre di Ferrera Erbognone – realizzato nel 2014 - rimane uno dei centri di calcolo con maggiore efficienza energetica al mondo. Se poi trascuriamo i computer sperimentali prendendo in considerazione solo i sistemi di supercalcolo con più di 500.000 core di calcolo, HPC5 si è classificato come secondo computer al mondo per risparmio energetico nel 2020. Un solo Watt di elettricità gli permette di calcolare quasi venti miliardi di operazioni al secondo.

HPC5. Shaping the energy of the future

La frontiera dell’esplorazione si sposta in luoghi sempre più remoti e sempre più in profondità nel sottosuolo. E tutto questo mentre la domanda di energia mondiale richiede tempi di risposta veloci. Individuare nuove risorse da portare rapidamente in produzione diventa una sfida molto impegnativa. L’utilizzo di un supercomputer come HPC5 ci permette di aumentare l’accuratezza dei nostri studi delle rocce sotterranee, riducendo il margine di errore delle prospezioni e diminuendo il time-to-market, ovvero il tempo che intercorre tra l’individuazione del giacimento e la messa in produzione. Le informazioni geofisiche e sismiche che raccogliamo in tutto il mondo vengono inviate ad HPC5 per essere processate. Da esse, il sistema elabora modelli del sottosuolo molto approfonditi, da cui riusciamo a individuare cosa si nasconde diversi km sotto la superficie: è così che abbiamo trovato Zohr, il più grande giacimento a gas mai scoperto nel Mediterraneo. Tutto questo ha anche un impatto positivo sulla sostenibilità perché riduce ogni spreco di energia e risorse.

HPC5 è un cluster di calcolo e cioè un insieme di computer che collaborano fra loro per moltiplicare le prestazioni complessive. La sua potenza è tre volte quella del predecessore HPC4. Per contenere i consumi di energia è stata scelta una architettura ibrida che ottimizza le prestazioni: HPC5 ed HPC4, cioè, implementano calcolo su GPU (unità di elaborazione grafica ottimizzate per il calcolo parallelo di grandi volumi di dati), molto efficiente in termini energetici. Con un solo watt di potenza, infatti, una GPU riesce a fare oltre 10.000 milioni di miliardi di operazioni matematiche. Ogni singolo computer, inoltre, è in grado di offrire due socket CPU a cui si aggiungono due socket per acceleratori grafici, nel caso di HPC4, che arrivano a quattro per HPC5. In totale, l’infrastruttura digitale mette a disposizione oltre 3.400 nodi di calcolo e oltre 10.000 schede grafiche. Un hardware di questo tipo, abbinato ai nostri algoritmi proprietari, riesce a produrre modelli tridimensionali del sottosuolo con una superficie di centinaia di km², una profondità di 10-15 km e una risoluzione di poche decine di metri. Una volta individuati gli idrocarburi, i geofisici di Eni usano di nuovo i supercomputer per modellare i giacimenti e ottimizzare il loro sfruttamento. Altrettanto importante è stato il suo contributo all’attivazione del reattore EST, che converte i residui pesanti della raffinazione in prodotti leggeri di alta qualità. Dal punto di vista strategico, Inoltre, la memoria di questo gigante informatico custodisce i dati di tutte le esplorazioni e di tutti i giacimenti scoperti da Eni in oltre settant'anni di storia e da qui vengono elaborati i metodi migliori per estrarre gli idrocarburi che ancora contengono.

Ma HPC5 ed HPC4 non vengono impiegati solo per scoprire nuovi giacimenti, per modellare quelli già scoperti o per migliorare la raffinazione, ma sono usati sempre di più per le energie di domani. Sui due supercomputer girano, infatti, programmi originali per la ricerca sulla fusione a confinamento magnetico: lo sviluppo dei magneti superconduttori nel centro ricerche congiunto Eni-CNR di Gela e lo studio dei plasmi nel centro ricerche di San Donato Milanese. Qui vengono realizzate le modellazioni teoriche delle molecole e dei polimeri fotoattivi che sono al cuore delle nostre tecnologie per la cattura dell’energia solare: i pannelli solari organici OPV e i concentratori solari luminescenti LSC. Infine, i supercomputer Eni vengono utilizzati per realizzare modelli matematici avanzati che combinano le informazioni meteo-marine con quelle sul comportamento delle tecnologie Marenergy, come ISWEC e Power Buoy, che producono energia elettrica dal moto ondoso. Presso il centro ricerche congiunto Eni-CNR Aldo Pontremoli di Lecce, vengono invece realizzati dettagliati modelli meteoclimatici dell’Artico su scala continentale con l’indispensabile supporto della potenza di calcolo dei supercomputer di Ferrera Erbognone. Infine, il loro contributo sarà determinante per lo sviluppo dei nostri progetti sull’intelligenza artificiale, una nuova linea di ricerca che stiamo sviluppando insieme a IBM.

HPC5 ci aiuta a migliorare progressivamente la nostra performance ambientale perché aumentando l’efficienza di ciò che facciamo riduciamo gli sprechi: di energia, di risorse, di tempo. Oltre a questo, l’alimentazione di HPC4 deriva per il 10-15% da un impianto fotovoltaico da 1MW di potenza, costituito da 2968 moduli fotovoltaici a inseguimento solare distribuiti su 106 stringhe, parte del nostro Progetto Italia. Grazie al suo particolare design ecocompatibile, inoltre, il Green Data Center che lo ospita ci permette di risparmiare circa 4500 tonnellate di CO₂ all’anno rispetto a un normale data center. Oggi, per almeno il 92% dell’anno, il raffreddamento delle macchine è ottenuto dalla circolazione di aria a bassa velocità, grazie a un sistema di condotte che la intercetta dall’ambiente e la filtra, restituendola all’ambiente più pulita di prima. Il ricorso al condizionamento è minimo.